Ez a nagy sebességű űrvitorla a következő csillagrendszerekhez vihet el bennünket

Naprendszerünktől mindössze 4 fényévnyire található az Alpha Centauri, egy másik nyüzsgő űrnegyed. Telepítette három csillag Ugyanolyan funkciója van, mint a Napunk, a nyolc híres testünkhöz hasonló bolygókat hordoz, és lehet, hogy van egy Földi ikertestvére Lógj a lakható zónában. Szinte egy alternatív valósághoz hasonlóan a csillagrendszer zavarba ejtő terület az űrkutatók számára.

Egyetlen egyértelmű eset van. Jelenlegi technológiánkkal az elküldött űrhajók csak 82022-ben érik el az Alpha Centaurit. Ezért 2016-ban Stephen Hawking néhai asztrofizikus és befektető Jurij Milner Elindult Starshot hack – Kezdeményezés ostyaméretű űrszondák küldésére az Alpha Centauriba, 20%-os fénysebességgelami a hatalmas utazási időt mindössze 20 évre csökkenti.

Sémájuk egy optikai vitorlára összpontosít, amely a földi lézer által kibocsátott fotonok, más néven fényrészecskék erejét használja ki, nem pedig a szél, mint egy hagyományos vitorla. Bár tökéletesen illeszkedik a Star Trek sci-fi technológiájához, az ötlet akkora népszerűségre tett szert, hogy a kutatók mindenhol elkezdik tanulmányozni, hogyan lehet működésre bírni az idegen kütyüt, abban a reményben, hogy egy olyan hipermotort állítanak elő, amely az univerzumban felrobban. szédítő arányok.

A Pennsylvaniai Egyetem egyik ilyen csapata megbirkózik a puzzle egy nagy darabjával. nál nél Néhány cikk ebben a hónapban jelent meg a Nano Letters-benÉs a A kutatók egy módot javasoltak annak biztosítására, hogy ezeket az innovatív űreszközöket ne szakadják szét intenzív lézerimpulzusok a két évtizedes csillagközi repülés során. Lényegében a kutatók azt sugallják, hogy a vitorlának úgy kell „folynia” az űr vákuumában, mint a hétköznapi hajók vitorláinak a földi szelek közepette.

„A könnyűvitorlák némelyike ​​kezdettől fogva szaggatott volt, mások nem, de nem tanulmányozták őket alaposan” – mondta Igor Bargatin, a tanulmány szerzője, a Pennsylvaniai Egyetem Gépészmérnöki és Alkalmazott Mechanikai Tanszékének docense. „Amit tettünk, megmutattuk, hogy feltétlenül fel kell puffadnia.

„Rájöttünk, hogy az emberek nem igazán vették figyelembe a probléma mechanizmusát, különösen a sírás lehetőségét” – tette hozzá Bargatin. „Azt szeretnénk elérni, hogy az ötlet megvalósuljon, és amikor megvalósul, az emberek odafigyelnek arra, hogy mi történhet a gyorsítás során.

– Nem akarjuk, hogy ezek a vitorlák tönkremenjenek.

A csillagközi hajó paraméterei

Képzeljen el egy csónakot, amely kimegy a tengerre, és egy vitorla van hozzá. A vitorla minden széllökéssel felemelkedik, és előrelendíti a hajót. Ezt a tolóerőt a szél visszarúgása okozza, amely megüti a vitorlát, nyomást hozva létre.

A fényvitorlák nem sokban különböznek egymástól.

„Amikor a fotonok eltalálják a könnyű vitorlánkat, visszaverődnek, és nyomást is keltenek” – mondta Bargatin. „A pontos mechanizmus egy kicsit más, mert a fényről beszélünk, mint a tényleges levegőmolekulákról. De mindkét esetben nyomást hoz létre.” Valójában az ilyen eszközök bizonyos mértékig hatékonynak bizonyultak.

2010-ben a Japán Aerospace Exploration Agency Ikaros néven könnyűvitorlás küldetést indított Sikernek tartotta. 2019-ben, LightSail demó 2 Társvállalati per. A Bill Nye és Neil DeGrasse Tyson által indított Kickstarter kampány finanszírozásával egy kis műholdat repített az űrbe egy foton tiszta erejével.

De mind az Ikaros, mind a LightSail 2 a nap által kibocsátott fényt használja, ellentétben a Breakthrough Starshot lézeres víziójával.

Bár a napfény csökkenti a könnyezés kockázatát, túl gyenge a Starshot kísérlethez. Ezenkívül Bargattin szerint a Starshot fényimpulzusainak viszonylag rövid időn belül fel kell lépniük, mivel amint a könnyű vitorla túl messze van a Földtől, a tudósok elveszítik képességüket a hatékony gyorsításra.

Röviden: a fénysebesség ötödének eléréséhez – hogy a szükséges húsz év alatt elérje az Alpha Centaurit – szigorú ablakon belül a lámpáknak rendkívül erős fényimpulzusokra lenne szükségük, amelyek csak lézerrel lehetségesek.

„A fotonikus körmeinkre nehezedő tervezett nyomás nem hatalmas” – mondta Bargatin. – Szinte olyan, mintha egy fillért lenne a kezedben. Tudományosan nézve a nyomás körülbelül 10 Pa-t tesz ki, mondja Bargatin, de vegyük figyelembe, hogyan éljük az életünket anélkül, hogy aggódnánk a könnyű nyomás miatt. Teljesen.

A 10 Pas fényerő nagy lézerenergiát igényel, így a gyengéd napfény Icarus táncától eltérően a rendkívül erős lézerimpulzusok által kibocsátott könnyű körmök károsodhatnak.

Hogyan építsünk állandó könnyű vitorlát

A kutatók szerint az erőteljes lézerimpulzusok elég erős nyomást tudnak létrehozni ahhoz, hogy a lemezt úgy íveljék, mint egy feszes csónak vitorláját, amely felrobbanhat, ha hatalmas széllökések érik.

Úgy gondolják, hogy a lámpáknak képesnek kell lenniük „kidudorodni”, és kissé ívelt alakot kell kialakítani, mint egy lombkorona. Bargatin elmagyarázza, hogy a vitorla hosszának és a görbületi sugarának körülbelül 3 méternek kell lennie. Új közleményeikben a szerzők olyan geometriai méréseket vázolnak fel, amelyek biztosítják az optimális tágulást.

Még a könnyektől védett könnyű vitorla is más akadályokba ütközik. Az ilyen problémák megoldásához a fő szempont a vitorlás anyaga. A paneleknek erősnek kell lenniük a tartósság érdekében, és könnyűnek kell lenniük, hogy csökkentsék a lézerteljesítményt, és hatékonyan tükrözzék vissza a fényt a lézerimpulzusok által generált optimális tolóerő és hőleadás érdekében.

Bargatin azt mondja, hogy ha az utolsó résszel nem foglalkoznak, szó szerint vitorlázhat fúzió a térben.

„Sokféle anyagot találhat ki. Az anyag vastagsága és a görbe vonalú geometria lehetővé teszi, hogy a vitorla legyőzze azokat a nyomásokat, amelyekre jelenleg tervezünk” – mondta Bargatin, megjegyezve, hogy csapata leginkább a molibdén nevű anyagot keresi. diszulfid.

A dolgok nagy vázlatában azonban komoly akadályt jelentene egy hatalmas lézertömb felépítése, amely fénysugarat küldene előre. Bargatin szerint az űrkommunikációval foglalkozó kutatók még mindig azon dolgoznak, hogyan nyerjenek ki információkat az optikai vitorlához csatlakoztatott mikrochip szondából.

Ha a Breakthrough Starshot mechanizmus egy napon beválik, az igazi bizonyítéka lesz az emberiség tudománybeli ragyogásának. A szervezet félelmetes céljainak hat évvel ezelőtti bejelentésében Hawking emlékműve:

„Azt hiszem, az tesz minket egyedivé, hogy túllépünk határainkon. A gravitáció a földhöz ragadt, de én most repültem Amerikába. Elvesztettem a hangomat, de beszélni tudok, köszönhetően a hangszintézis készülékemnek. Hogyan lépjünk túl ezek a határok?”

Az elménkkel és a gépeinkkel.